CN108178966A - 一种深色超疏水反红外隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于，所述方法为：将乙醇的水溶液、纳米二氧化硅颗粒、杂化硅氧烷、含氟硅氧烷均匀混合，用稀盐酸调节pH值至3‑5，搅拌反应1‑5h，向所得反应液中加入水性环氧树脂和水性固化剂，搅拌均匀后加入反红外颜料并混合均匀，得到深色超疏水反红外隔热涂料。本发明制得的深色超疏水反红外隔热涂层对太阳光辐射具有高的红外反射率，能大大降低涂层表面温度，如用于外墙或屋顶，则可有效降低室内温度，从而起到建筑节能作用。同时，由于表面超疏水，该隔热涂层雨水自清洁效果良好，大大提升了涂层的使用寿命及外表美观，所述的涂料因是水性的，对施工和环境非常友好。

Description

一种深色超疏水反红外隔热涂料及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种深色超疏水反红外隔热涂料及其制备方法。
(二)背景技术
随着社会经济的不断发展，我国建筑能源消耗与日俱增。建筑节能一大重点在于建筑隔热，在建筑隔热领域中，反红外隔热涂层不可或缺。虽然白色涂层反红外隔热效果最好(专利201210050385.3、专利201410590778.2、专利201610795198.6)，但应用于建筑外墙和屋顶上易带来白光污染，同时存在耐污性差、反红外效果不持久的问题，同时白色也难以满足建筑对涂层多彩性的要求。
彩色酷冷颜料具有优秀的红外反射能力，将其掺杂于涂料中，可以制得具有反红外隔热作用的深色涂层。不仅避免了白光污染，还为涂层表面提供一定的粗糙度。同时，针对水性涂料制得的涂层耐水性不足、易沾附灰尘(降低反红外效果)等难题，在涂料中添加含氟物质，制成超疏水(水滴静态接触角≥150°，滚动角≤10°)、自清洁涂层(《化工技术与开发》,2013,42(7),6-9；专利200810061480.7)，成为反红外隔热涂层研发的当务之急。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种深色超疏水反红外隔热涂料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于，所述的深色超疏水反红外隔热涂料具体按照如下方法进行制备：
将乙醇的水溶液、纳米二氧化硅颗粒、杂化硅氧烷、含氟硅氧烷均匀混合，用稀盐酸调节pH值至3-5，搅拌反应1-5h，向所得反应液中加入水性环氧树脂和水性固化剂，搅拌均匀后加入反红外颜料并混合均匀，得到深色超疏水反红外隔热涂料；所述的乙醇的水溶液中，乙醇和水以任意比例混合；所述的杂化硅氧烷的端基为环氧基、胺基；所述乙醇的水溶液与纳米二氧化硅、杂化硅氧烷、含氟硅氧烷、水性环氧树脂、水性固化剂、反红外颜料投料质量比30～50：0.4～0.6：1～1.5：0.5～1：0.5～1：0.4～0.8：6～10。
进一步，所述的含氟硅氧烷选自下列之一或任意几种的组合：十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、三氟烷基丙基三甲氧基硅烷、4-甲基-(全氟已基乙基)丙基三甲氧基硅烷或十二氟庚基丙基甲基二甲氧基硅烷。
进一步，所述的端基为环氧基的杂化硅氧烷选自下列之一或任意几种的组合：γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基甲基二乙氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或β-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷。
进一步，所述的端基为胺基的杂化硅氧烷为R短链上含有胺基团的硅氧烷，包括但不限于3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、11-氨基十一烷基三乙氧基硅烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一种或任意几种的混合；
进一步，所述的水性环氧树脂为分子链上含有活性环氧基团的水分散型树脂。
进一步，所述的水性固化剂为含有-NH基团，能与环氧基发生反应的化合物或低聚物，优选为AB-HGA型固化剂或AB-HGA-50型固化剂中的一种或两种混合。
进一步，所述反红外颜料选自下列一种或任意几种组合：酷冷黑颜料30C941、酷冷黑颜料10P923或酷冷黄颜料10P110。
更进一步，所述的酷冷颜料粒径为微米级或纳米级。
进一步，所述的纳米二氧化硅平均粒径为10-150nm。
进一步，所述的稀盐酸的质量浓度为2-10wt％。
本发明所述的深色超疏水反红外隔热涂料的使用方法为：将所得深色超疏水反红外隔热涂料均匀涂覆于基底上，在10-180℃下固化，得到超疏水涂层。
再进一步，所述的涂覆方式为喷涂、淋涂、旋涂、浸涂、滚涂或刷涂中的一种，优选为喷涂或刷涂。
再进一步，所述的基底为铝片、不锈钢、玻璃、陶瓷、石材或聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明制得的深色超疏水反红外隔热涂层对太阳光辐射具有高的红外反射率，能大大降低涂层表面温度，如用于外墙或屋顶，则可有效降低室内温度，从而起到建筑节能作用。同时，由于表面超疏水，该隔热涂层雨水自清洁效果良好，大大提升了涂层的使用寿命及外表美观，所述的涂料因是水性的，对施工和环境非常友好，可广泛用于传统瓷瓦、塑料彩瓦、建筑外墙面、楼顶等建筑领域，以及车厢顶、铁路枕木或汽车漆等交通领域。
本发明所述的涂层的反红外隔热性能表征如下：用275W的红外灯辐照涂层，测其表面温度变化(绝热泡沫塑料箱垫于涂层/铝板下侧，防止传热导致测试不准)。然后将涂层/铝板置于户外太阳光底下(有微风)，测试涂层表面温度变化。涂层红外反射率用紫外-可见-红外分光光度计测试(UV-3150,Shimadzu,Japan)。涂层超疏水性能用接触角表征(水滴体积4μL)。涂层力学性能按照相应标准测试(表1)。
表1涂膜的基本性能
(三)附图说明
图1.隔热性能测试装置图，其中，1.热源，2.涂层，3.泡沫箱；
图2.在室内(无风)用红外灯辐照不同涂层，其表面温度变化图；
图3.室外太阳光下(有微风)不同涂层表面温度变化图；
图4.超疏水隔热光谱响应图；
图5.一步法制得的不同涂层SEM图。A/B白炭黑超疏水涂层；C/D炭黑超疏水涂层；E/F只含酷冷颜料的涂层(不超疏水)；G/H酷冷颜料/白炭黑超疏水涂层；
图6一步法制得的酷冷超疏水涂层抗雨水效果；
图7.二步法制得的酷冷超疏水涂层SEM图.A/B TEOS工艺；C/D球磨工艺；
图8.在室内(无风)红外灯辐照下，二步法制得的不同涂层表面温度变化。
(四)具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。所描述的实施例仅是本发明一部分，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1：
向20g乙醇中，加入0.4g纳米SiO2(浙江万景新材料有限公司，SP-30，平均粒径30nm，下同，俗称白炭黑)和50g水，磁力搅拌过程中加入1gγ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550，上海阿拉丁生化科技有限公司，下同)，0.8g十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17，泉州市思康新材料有限公司，下同)和10滴稀盐酸(3.7wt％盐酸水溶液，下同)用于使溶液成弱酸性(pH值～4，下同)，搅拌2h使硅氧烷水解，制得纳米SiO2/氟硅溶胶的复合溶胶。
在上述复合溶胶中加入0.6g AB-EP-51型环氧树脂和0.48g AB-HGA型固化剂(浙江安邦新材料有限公司，下同)，继续搅拌15min，之后再加入7g“酷冷”黑颜料(30C941，美国薛特颜料公司，粒径1μm，下同)，酷冷颜料在涂料中固含量～8wt％，再搅拌15min后喷涂于10cm×10cm铝片上(以覆盖住基底颜色为主，下同)，置于120℃烘箱中固化1h，制得超疏水酷冷涂层(黑色)。
将所得超疏水酷冷涂层利用自制装置(如图1)测试它们反红外效果(图2)，并与酷冷涂层(见实施例4)、白炭黑涂层(见实施例7)、炭黑涂层(见实施例8)对比。可见相比炭黑涂层，超疏水酷冷涂层反红外效果明显。酷冷涂层表面温度介于白炭黑和炭黑涂层之间，掺混有白炭黑的超疏水酷冷涂层表面温度进一步降低，仅高于白炭黑涂层表面温度。室外隔热性能测试如图3，可见酷冷涂层有明显的反红外效果。将涂层进行红外反射率测试，结果如图4，可见酷冷涂层红外反射率远高于炭黑的。
超疏水酷冷涂层表面形貌见图5A/B，其中较大颗粒是酷冷颗粒，较小的是SiO2。接触角测试表明，超疏水酷冷涂层呈典型超疏水性能(水滴静态接触角152.6°，滚动角2.8°，见图5B插图)，即具有荷叶效应，可用于雨水自清洁。而且，涂层耐雨水冲击性能好，抗雨水测试如图6所示。超疏水酷冷涂层力学性能如表1。
实施例2：
其它同实施例1，改变“酷冷”黑颜料的量为3.5g(酷冷颜料在涂料中固含量～4.5wt％)。所得涂层的红外反射率见图4。超疏水酷冷涂层表面呈典型超疏水性能。力学性能如表1。
实施例3：
其他同实施例1，改变“酷冷”黑颜料的量为14g(酷冷颜料在涂料中固含量～16wt％)。所得涂层的红外反射率见图4。超疏水酷冷涂层表面呈典型超疏水性能。力学性能如表1。
实施例4：
其它同实施例1，但不加纳米SiO2，得到酷冷涂层(黑色)。测试它们反红外效果(图2)，可见酷冷涂层表面温度介于超疏水酷冷涂层和炭黑涂层(见实施例8)之间。相比炭黑，反红外效果明显。室外隔热性能测试如图3，可见酷冷涂层也有反红外效果。接触角测试表明，由于无纳米粗糙度(图5C/D)，涂层表面不超疏水(接触角为123°，见图5D插图)。涂层力学性能如表1。
实施例5(两步法)：
(1)在20mL乙醇中，加入50mL水，0.6g AB-EP-51型环氧树脂和0.48g AB-HGA型固化剂，搅拌15min制得环氧树脂涂料，之后加入7g“酷冷”黑颜料，搅拌15min后喷涂于铝片上，置于120℃烘箱中固化1h。制得涂层底涂。
(2)将1.25g正硅酸乙酯(TEOS，上海阿拉丁生化科技有限公司)加入到50g乙醇中，再加入0.6g FAS-17，2g去离子水和2g稀盐酸，磁力搅拌8h。然后加入0.5g纳米SiO2，用超声细胞破碎机(KS/600，宁波科生仪器厂)处理30min后，搅拌11h，制得含纳米SiO2颗粒的超疏水涂料。使用喷枪喷涂于上述涂层底涂表面(以润湿为准)。置于120℃烘箱中固化30min，制得涂层。涂层在红外灯辐照下温度变化见图8，涂层表面形貌如图7A/B所示。表面呈典型超疏水性能。涂层力学性能见表1。
实施例6(两步法)：
(1)在20mL乙醇中，加入50mL水，0.6g AB-EP-51型环氧树脂和0.48g AB-HGA型固化剂，搅拌15min制得环氧树脂涂料，之后加入7g“酷冷”黑颜料，搅拌15min后喷涂或刷涂于铝片上，置于120℃烘箱中固化1h。制得涂层底涂。
(2)将15g纳米SiO2加入到300mL乙醇/水(体积比1/9)的混合液中，再加入1.5gFAS-17，用稀盐酸调节pH值到4。将此混合液加入到球磨机中球磨7.5h，得到纳米SiO2(粒径为100-150nm)水浆液。
(3)取7.5g上述纳米SiO2水浆液，加入1mL KH-550，0.8mL FAS和42.5g乙醇混合搅拌1h，得含纳米SiO2的超疏水涂料，将其喷涂于步骤(1)制得的底涂表面。置于120℃烘箱固化30min。制得涂层。涂层在红外灯辐照下温度变化见图8，表面形貌如图7C/D所示，涂层表面呈典型超疏水性能。力学性能见表1。
实施例7(无酷冷颜料)：
20g乙醇中，加入4g纳米SiO2(无球磨、无超声，买来即用，俗称白炭黑)和50g水，磁力搅拌过程中加入1g KH-550，0.8g FAS和10滴稀盐酸调节pH值到4，继续搅拌2h制得含纳米SiO2的复合溶胶。再加入0.6g AB-EP-51型环氧树脂和0.48g AB-HGA型固化剂，搅拌15min制得环氧树脂涂料，喷涂于铝片上，置于120℃烘箱中固化1h。制得涂层。涂层反红外效果见图2，即SiO2涂层(白色)。室外防晒性能见图3。所得涂层的红外反射率见图4。涂层表面形貌见图5E/F。呈典型超疏水性能(见图5F插图)。涂层力学性能见表1。
实施例8(无酷冷颜料)：
其它同实施例7，但把纳米SiO2(俗称白炭黑)换成同等质量的炭黑(N234)。所得涂层反红外效果见图2，即炭黑涂层(黑色)。室外防晒性能见图3。所得涂层的红外反射率见图4。涂层表面形貌见图5G/H。呈典型超疏水性能(见图5H插图)。涂层力学性能见表1。
实施例9：
其他同实施例1，但把γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)换成同等质量的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560，上海阿拉丁生化科技有限公司)。超疏水酷冷涂层表面呈典型超疏水性能(接触角为153.2°，滚动角为4°)。力学性能如表1。由于仅硅烷偶联剂端基基团不同，涂层红外反射率及隔热性能较实施例1均无明显变化。

Claims (10)

1.一种深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于，所述的深色超疏水反红外隔热涂料具体按照如下方法进行制备：
将乙醇的水溶液、纳米二氧化硅颗粒、杂化硅氧烷、含氟硅氧烷均匀混合，用稀盐酸调节pH值至3-5，搅拌反应1-5h，向所得反应液中加入水性环氧树脂和水性固化剂，搅拌均匀后加入反红外颜料并混合均匀，得到深色超疏水反红外隔热涂料；所述的乙醇的水溶液中，乙醇和水以任意比例混合；所述的杂化硅氧烷的端基为环氧基或胺基；所述乙醇的水溶液与纳米二氧化硅颗粒、杂化硅氧烷、含氟硅氧烷、水性环氧树脂、水性固化剂、反红外颜料投料质量比30～50：0.4～0.6：1～1.5：0.5～1：0.5～1：0.4～0.8：6～10。
2.按权利要求1所述的深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于：所述的含氟硅氧烷选自下列之一或任意几种的组合：十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、三氟烷基丙基三甲氧基硅烷、4-甲基-(全氟已基乙基)丙基三甲氧基硅烷或十二氟庚基丙基甲基二甲氧基硅烷。
3.按权利要求1所述的深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于：所述的端基为环氧基的杂化硅氧烷选自下列之一或任意几种的组合：γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基甲基二乙氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或β-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷。
4.按权利要求1所述的深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于：所述的端基为胺基的杂化硅氧烷为下列之一或任意几种的混合：3-氨丙基三乙氧基硅烷、11-氨基十一烷基三乙氧基硅烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷或二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷。
5.按权利要求1所述的深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于：所述的水性环氧树脂为AB-EP-51型环氧树脂或AB-EP-20-W60型环氧树脂中的一种或两种混合。
6.按权利要求1所述的深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于：所述的水性固化剂为AB-HGA型固化剂或AB-HGA-50型固化剂中的一种或两种混合。
7.按权利要求1所述的深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于：所述反红外颜料选自下列一种或任意几种组合：酷冷黑颜料30C941、酷冷黑颜料10P923或酷冷黄颜料10P110。
8.按权利要求1所述的深色超疏水反红外隔热涂料，其特征在于：所述的纳米二氧化硅平均粒径为10-150nm。
9.一种如权利要求1所述的深色超疏水反红外隔热涂料的使用方法，其特征在于：所述的使用方法为：将所得深色超疏水反红外隔热涂料均匀涂覆于基底上，在10-180℃下固化，得到超疏水涂层；所述的基底为铝片、不锈钢、玻璃、陶瓷、石材或聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料。
10.按权利要求9所述的使用方法，其特征在于：所述的涂覆方式为喷涂、淋涂、旋涂、浸涂、滚涂或刷涂中的一种。
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